Uusi menetelmä nopeuttaa kvanttimuistin lukemista
Uusi menetelmä nopeuttaa kvanttimuistin lukemista
Kaksi samanaikaista mikroaaltopulssia paljastaa kvanttibittien sisältämän tiedon aikaisempaa nopeammin.
Aalto-yliopiston ja VTT:n tutkijat ovat onnistuneet lukemaan nopeammin kubittien eli kvanttibittien sisältämää tietoa hyödyntämällä kahta mikroaaltopulssia yhden sijasta. Tutkijaryhmä sai kubitin tilat selville paljon nopeammin kuin vain yhtä pulssia käytettäessä.
Kvanttitietokoneisiin liitetty vallankumouksellisuus perustuu niiden poikkeukselliseen ominaisuuteen, jota kutsutaan superpositioksi. Kubitit voivat olla samanaikaisesti tilassa 0 tai 1, tai saada minkä tahansa arvon niiden väliltä. Kvanttitietokoneet hallitsevat siis kaikki kvanttimuistin superpositiot, ja ne kykenevät tämän vuoksi ratkaisemaan laskentaongelmia tavanomaisia tietokoneita nopeammin.
Kubitit ovat kuitenkin hyvin herkkiä, ja ne saadaan tällä hetkellä säilyttämään kvanttitietoa alle millisekunnin kerrallaan, vaikka ne jäädytettäisiin hyvin mataliin lämpötiloihin. Jotta kubiteista voidaan lukea hyödyllistä tietoa, lukemisen täytyy tapahtua niin nopeasti ja virheettömästi kuin mahdollista.
Aalto-yliopiston tohtoriopiskelija Joni Ikonen on yhdessä kvanttitutkimusryhmän kanssa kehittänyt ratkaisuja kubittien nopeampaan lukemiseen. Tähän asti kubitteja on luettu lähettämällä lyhyt mikroaaltopulssi suprajohtavaan virtapiiriin, jossa kubitti sijaitsee, ja mittaamalla heijastunut mikroaaltopulssi. Kubitin tila voidaan päätellä heijastuneen signaalin käyttäytymisestä 300 nanosekunnissa.
Uudessa lukutavassa virtapiiriin lähetettävän pulssin lisäksi lähetetään samanaikaisesti toinen mikroaaltopulssi kubittiin itseensä. Käyttämällä kahta pulssia yhden sijaan tutkijaryhmä sai heijastuneen pulssin paljastamaan kubitin tilat huomattavasti nopeammin kuin yhtä pulssia käytettäessä.
– Uskomme pystyvämme lukemaan kubitin uudella menetelmällä alle 100 nanosekunnissa, kun saamme optimoitua näytteen ja minimoitua muut nopeutta rajoittavat tekijät, kertoo Ikonen.
Lisäämällä kubittien lukemisen nopeutta ja tarkkuutta tutkijat saattavat olla askeleen lähempänä kvanttitietokonetta, joka ratkaisee tehokkaasti käytännön ongelmia.
Seuraavaksi tutkijat aikovat ajaa tämän menetelmän avulla kubitin lukupiirin perustilaansa. Erikoisuutena tässä on se, ettei lukupiirin resetoinnissa tarvitse käyttää tietoa mittauksen lopputuloksesta.
– Kubitit ovat vaikeasti hallittavia. Toivottavasti uusi menetelmämme auttaa tiedeyhteisöä saavuttamaan kvanttiherruuden ja kvanttimaailmassa toimivan virheenkorjauksen. Nämä ovat tärkeitä virstanpylväitä matkalla kohti vikasietoista kvanttitietokonetta, toteaa dosentti Mikko Möttönen, joka ohjasi tutkimusta yhdessä tutkijatohtori Jan Goetzin kanssa.
Tutkimus on toteutettu Kvanttilaskennan ja –laitteiden tutkimusryhmässä, joka on osa kvanttitutkimuksen kansallista huippuyksikköä Quantum Technology Finland QTF. Tutkimusryhmä hyödyntää tutkimuksessaan kansallista OtaNano-tutkimusinfrastruktuuria.
Lisätietoja:
Joni Ikonen, Jan Goetz, Jesper Ilves, Aarne Keränen, Andras M. Gunyho, Matti Partanen, Kuan Y. Tan, Leif Grönberg, Visa Vesterinen, Slawomir Simbierowicz, Juha Hassel, and Mikko Möttönen, Qubit Measurement by Multi-Channel Driving, Physical Review Letters 122, 080503 (2019). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.122.080503 (preprint arXiv)
Julkaistu alunperin 25.02.2019